异步电机的矢量控制设计及仿真
f前言
异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前交流调速系统多为Vf比值恒定控制方法又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态如加减速、加减负载等情况时系统表现出明显的缺陷所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美甚至超过直流调速系统。
矢量变换控制以下简称VC技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生如多变量解耦控制等方法。
七十年代初期西门子公司的FBlashke和WFlotor提出了“感应电机磁场定向的控制原理”通过矢量旋转变换和转子磁场定向将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的得到了类似于直流电机的模型然后模拟直流电机进行控制可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上利MatlabSimuli
k中SimPowerSystems模块采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块再进行功能模块的有机整合构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。
1异步电机的VC原理
11坐标变换
坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式这样变换后分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势
为准则在三相坐标系上的定子交流电机Ai、Bi、Ci通过32变换可以等效成
f两相静止坐标系上的交流电流αi和βi再通过同步旋转变换可以等效成同步旋
转坐标系上的直流电流di和qi。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转他所
看到的就好像是一台直流电动r